專利名稱：用于在放射圖像照片中補償圖像干擾的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于在數(shù)字放射圖像照片中補償圖像干擾的方法，該數(shù)字放射圖像照片通過包括射線源、散射束光柵以及諸如圖像放大器或固體圖像檢測器的X射線檢測器的X射線設備產(chǎn)生，對該X射線設備通過散射束光柵的偏心、散焦或損壞或者通過亮度效應(Hell-Effekt)引起圖像干擾，并且造成在X射線檢測器上入射的主要射線減弱。
背景技術：
在X射線設備中采用了散射束光柵，以便在利用X射線對檢查對象進行透視時僅僅使得直接攜帶信息的主要射線從X射線管到達檢測器。通過該散射束光柵阻塞了使圖像出現(xiàn)噪聲的散射束，以便改善放射圖像照片的質(zhì)量。散射束光柵由嵌入紙張中的、非常薄的鉛帶組成，其中每厘米使用直到80條鉛帶。
散射束光柵的鉛帶不是平行設置的，而是相互扭轉(zhuǎn)了一個小的角度，并且在X射線管和檢測器之間的一個確定的、優(yōu)化距離(例如1500mm)上對準。不過，在實踐中按照不同的管-檢測器距離運行X射線設備，使得其散焦，由此在放射圖像照片邊沿區(qū)域中出現(xiàn)遮蔽。遮蔽也可以如下形成管是偏心的，即，不是恰好處在相對于散射束光柵的中心點。作為亮度效應表示由于X射線管本身在陽極一側對射線的衰減。遮蔽也可以通過錯誤定位或損壞的光柵而出現(xiàn)。這種遮蔽通常垂直于鉛薄片朝向邊沿增加，而其在鉛薄片的方向上是恒定的。
在此的問題是，在放射圖像照片的邊沿上的衰減最多可達40％，其由ICE(協(xié)定606271978)確定。由此，使得允許設備在其中運行的、管和檢測器之間的準許距離范圍受到了限制。此外，如果將設備運行在有效的范圍內(nèi)，則遮蔽本身是妨礙的。此外，遮蔽還可以使得對疾病圖像的診斷變得困難。
已經(jīng)有人建議，將這種衰減通過理論模型進行校正。Boldingh的公式按照特定的光柵特征量(例如尺寸比例(Schachtverhaeltnis)r)、X射線管和檢測器之間的距離以及偏心描述了這種衰減。不過，已經(jīng)表明，該模型僅僅可以不精確地再現(xiàn)散射束光柵的衰減關系。在應用該公式中給出的偏差將會追溯到不能由Boldingh的公式考慮的未知量，例如錯誤的光柵定位、光柵損壞或者亮度效應。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明要解決的技術問題是，提供一種用于在放射圖像照片中補償上述圖像干擾的方法，放射圖像照片的精度得到提高。
為了解決該技術問題，按照本發(fā)明，在本文開始部分提到類型的方法中，通過散射束光柵確定主要射線的實際衰減，并且根據(jù)所采集的測量值確定校正參數(shù)，利用這些校正參數(shù)對放射圖像照片進行校正。
與基于Boldingh的公式的已知方法不同，對放射圖像照片的校正不僅在理論模型的基礎上進行，還確定在運行的透視設備中散射束光柵實際的特有衰減特性，以便對放射圖像照片對應地進行校正。按照本發(fā)明的方法具有這樣的優(yōu)點，可以考慮對放射圖像照片產(chǎn)生影響的所有影響因素。當不詳細了解單個的影響因素和其對放射圖像照片的影響時，也可以執(zhí)行該方法。在本發(fā)明的方法中，對涉及所有影響因素的實際衰減進行測量。按照這種方式也可以采集并校正未知的參數(shù)，例如散射束光柵有問題的設置或者諸如亮度效應或偏心的不對稱效應。因此，按照本發(fā)明的“運行數(shù)據(jù)的模型”再現(xiàn)了比理論模型顯著地更精確的實際情況。
在本發(fā)明的其它實施方式中，可以為了測量所述衰減而拍攝空圖像，在這些空圖像中在射線源和散射束光柵之間沒有對象。這些空圖像用來采集由射線源、散射束光柵和固體圖像檢測器組成整個X射線設備的衰減特性。根據(jù)空圖像可以確定單獨的衰減特性，此外還可以確定所需的校正參數(shù)，利用這些校正參數(shù)可以隨后對放射圖像照片進行校正。因此空圖像的完成是一種校正測量。
在本方法中特別優(yōu)選的是，將所述放射圖像照片作為帶有列和行的數(shù)字圖像矩陣進行采集，并且計算描述所述衰減的特征線。作為結果放射圖像照片提供了帶有對于X射線檢測器(例如固體圖像檢測器)的每個對射線敏感的像素的值的矩陣。在此，例如數(shù)字圖像的低像素值可以表示高的射線入射，以及反之。所拍攝的散射束光柵的空圖像表明主要射線的衰減從射線源在其上部的散射束光柵的中心朝向邊沿而增加。在平行于(通過圖像的列來表示的)鉛薄片方向的散射束光柵的平面上與之垂直的方向上，可以將衰減在第一近似中假設為常數(shù)。與此對應，可以從表示衰減的平面特性的圖像矩陣中通過對在圖像列中像素值的相加來計算描述衰減的特征線，該特征線表征了散射束光柵和整個X射線設備。
各列值的總計構成一維向量，可以將其通過多次的低通濾波進行平滑。通過這種方式可以濾除個別的極端值。
此外在本方法中，將構成為向量的特征線在0和1之間的值上標準化。為了標準化將向量除以其最大值。
在本發(fā)明的另一個實施方式中，可以確定該特征線的最小值。該位于散射束光柵中心附近的最小值是最小發(fā)射位置。不過，其不必確切地處于中心，而是可以例如由于管的偏心或者亮度效應而移動。
在本發(fā)明的方法中，可以為位于最小值左側和右側的特征線片段確定對應于特征線各部分的直線方程。為了保證統(tǒng)一地描述特征，可以確定兩條單個直線的斜率和軸截距的平均值。這樣，可以通過唯一的平衡直線近似地描述中心右側和左側兩個區(qū)域。
在本發(fā)明的方法中，可以根據(jù)特征線的最小值和直線方程的斜率對放射圖像照片進行校正。所確定的最小值和斜率用作對于放射圖像照片強度的校正參數(shù)。偏心、即射線中心點的偏移已經(jīng)已知。直線的斜率同樣已知。將圖像矩陣的各個列與這些校正參數(shù)相乘，從而產(chǎn)生校正后的圖像照片，其中不再顯示出衰減效應。根據(jù)這些校正參數(shù)可以對圖像亮度進行校正。
按照本發(fā)明，可以在射線源和固體圖像檢測器的不同焦點距離下和/或不同的偏心下拍攝多幅空圖像，以便確定射線源-固體圖像檢測器距離以及偏心和包括特征最小值的直線參數(shù)之間的關聯(lián)。如果這種關聯(lián)已知的話，可以隨后對于每個射線源和檢測器之間的任意距離確定平衡直線。
本發(fā)明還涉及一種帶有射線源、散射束光柵和X射線檢測器的用于拍攝放射圖像照片的X射線設備。按照本發(fā)明為了對圖像干擾進行補償，將該設備借助于所述的方法構成。


本發(fā)明的其它優(yōu)點和細節(jié)借助于附圖由下面對實施方式的描述給出。附圖是示意圖并且圖中圖1示出按照本發(fā)明的X射線設備；
圖2示出按照本發(fā)明方法的流程圖；并且圖3a至3c示出對于射線源和檢測器之間的不同距離所測量和計算的衰減特性的圖。
具體實施例方式
在圖1中示出的X射線設備1由示意表示的X射線管2、散射束光柵3以及設置在該散射束光柵下面的檢測器4組成。在對處于X射線管2和散射束光柵3之間的對象5進行透視時，直接攜帶信息的主要射線6通過對象5到達檢測器4。不過，X射線的一部分由于例如骨骼的不均勻性在對象中偏轉(zhuǎn)并由此成為干擾圖像的散射。這種散射隨后通過散射束光柵3的鉛薄片被阻擋。按照這種方式避免了干擾圖像的散射7到達檢測器4。
在X射線設備1中X射線管2可以垂直地調(diào)整，從而可以設置X射線管2和檢測器4之間的不同距離。因為構成散射束光柵的單個鉛帶傾斜一個小的角度，散射束光柵3僅僅在確定的焦點長度上(其在所示的實施方式中為1500mm)最佳地對準X射線管2。如果將X射線設備運行在X射線管2和檢測器4之間的其它距離上，則其散焦，在常規(guī)的圖像拍攝方法中出現(xiàn)邊沿區(qū)域中的遮蔽。
圖2示出了本發(fā)明方法的流程圖。
該對圖像干擾進行校正的方法基于對散射束光柵3的衰減特性的計算。為此，在步驟8中拍攝不同的空圖像。在空圖像的拍攝時在X射線管2和散射束光柵3之間不存在對象。因此，空圖像反映了通過散射束光柵3對X射線的衰減。對于X射線管2和散射束光柵3或檢測器4之間的確定距離，完成一幅空圖像拍攝就已足夠。不過，在本方法中在不同的焦點長度f和/或在管的不同側向偏轉(zhuǎn)(散焦)的條件下完成多幅空圖像，使得可以獨立于各個焦點距離對所有的放射圖像進行校正。
下面，解釋對于固定的焦點距離f計算衰減特性。數(shù)字圖像作為強度值m(ij)的帶有x列和y行的矩陣出現(xiàn)。
通過下列公式將圖像矩陣的列垂直地相加，并得到一個一維向量，該向量通過多重低通濾波得到平滑(方法步驟9，10)I(x)=Σi=1Ypmix---(1)]]>
在方法步驟11中對該向量標準化，使得所有的值介于0和1之間。這些值對應于百分比的衰減。在此假設，在中心的衰減為0％，而在屏蔽的邊沿為100％。衰減特性為p(x)=1-I(x)max(I(x))---(2)]]>在圖2的流程圖中對向量的標準化作為方法步驟11給出。由此實現(xiàn)的衰減特性在散射束光柵3的中心附近具有其最小值，該最小值在方法步驟13中可以通過下列公式確定xm＝ARGMIN(p(x)) (3)在方法步驟14中將衰減特性分成右側和左側部分，并且計算兩個部分的線性回歸，隨后對兩個單個方程的相應參數(shù)進行平均。按照這種方式可以通過直線方程來表示衰減特性。特征線的方程為V(x)＝M·|x-xm|+Bd(4)在該方程中M是線性衰減特性的斜率。
利用Boldingh的公式可以根據(jù)X射線管和檢測器之間的距離f在偏心(偏移)z已知的條件下對每個點c計算射線的預期衰減 通過變形得到V(x)=F·|rf·rf0|·|x-xm|---(6)]]>圖1中在檢測器4的下部定性地的示出了該衰減特性V(x)。
其中，r是散射束光柵的特征量，其描述了所謂的尺寸比例，即紙帶的高與寬的比。
是一個允許按像素而不是“毫米”使用該公式的量。該值是像素密度的倒數(shù)。利用公式(6)和公式(3)可以按照毫米確定偏心(方法步驟15)z(xm)＝F·(xm-Xc)·|1-f/f0| (8)在此重要的是，偏移是如何引起的是無關緊要的。因為該計算方法從實際的衰減特性出發(fā)，既可以考慮到亮度效應的影響，又可以考慮到X射線管2的偏心或者其它影響。
在確定了量xm和M之后，可以在方法步驟16中進行圖像校正，其中將每個列與校正系數(shù)C(x)=11-M·|x-xm|---(9)]]>相乘。利用該公式可以對圖像亮度進行校正。
下面將描述，如何對X射線管和檢測器之間的任意距離f計算衰減特性。為了能夠在圖像校正中考慮不同的距離f，依次在不同的距離f下拍攝一系列校正圖像，然后計算所需要的校正參數(shù)。
為了能夠?qū)θ我饩嚯xf計算偏心xm，利用散射束光柵拍攝多幅空圖像并確定xm和z。這些圖像可以在不同的劑量之下拍攝。從中發(fā)現(xiàn)在偏心與X射線管和檢測器之間的距離f之間存在一種線性關聯(lián)。根據(jù)用于校正的空圖像對于每幅空圖像確定偏心z(f)，以及隨后確定在距離f上對偏心的線性匹配。利用該線性匹配可以對于每個任意的距離f(也可以在校正點之間)確定偏心xm。
為了能夠進行圖像校正，還必須對于任意的距離f計算衰減特性的斜率。對于特性斜率的計算存在兩種可能性。
在第一種變形中以Boldingh的公式為基礎并且借助測量數(shù)據(jù)進行校正。該校正在于計算下列線性關聯(lián)MB≈K·MD(10)其中，MD是測量數(shù)據(jù)的斜率。K是校正系數(shù)并給出由所測量的數(shù)據(jù)計算出的特征和Boldingh的公式之間的關聯(lián)。在此，要注意到這樣的邊界條件，即對于f＝f0應該有MD＝0。通過首先確定偏心，對于任意距離f計算衰減特性。然后，按照Boldingh的公式計算衰減并與K相乘。由此產(chǎn)生對于各個距離f的衰減特性。然后利用公式(9)進行放射圖像的圖像校正。
在第二種變形中不采用Boldingh的公式，而是采用完全基于測量數(shù)據(jù)的模型。從不同的校正圖像中通過線性近似對于f＜f0和f＞f0分開地為右半部MR和左半部和ML計算斜率。如果X射線管位于最佳的焦點上，則邊界條件MR(f0)＝ML(f0)＝0成立，即不需要校正。對于任意距離f通過計算偏心確定衰減特性。然后從校正圖像的線性近似中計算出衰減特性的斜率。由此產(chǎn)生對于該距離f的衰減特性。可以仍利用公式(9)進行放射圖像的圖像校正。
圖3a至3c示出了對于X射線管和檢測器之間的不同距離的所測量和計算出的衰減特性。水平軸對應于圖1的x軸。在垂直軸上記錄了可以介于0和1之間的衰減。在圖3a至3c中分別繪出了三條曲線。曲線a表示平滑的特征(Ix)。曲線b表示按照Boldingh公式的衰減。曲線c示出了按照本發(fā)明方法所計算的衰減。
在圖3a中焦點距離f＝1500mm?？梢钥闯觯€a和曲線b和c的基于測量值的特征之間的差別相對地很小。
圖3b示出了焦點距離f＝1150mm的情形?？梢钥闯觯€c提供了比Boldingh的公式(曲線b)明顯更好的對衰減的近似。
同樣的情況適合于在圖3c中示出的焦點距離f＝1000mm的情況。曲線a和c之間的差別僅僅為百分之幾。
因為散射束光柵目前是由鉛帶構成的，因此在鉛薄片的方向上的衰減為常數(shù)，在列的方向上所描述的一維校正是足夠的。不過，如果要求其它的光柵類型(例如柵格)，則可以將該方法適當?shù)財U展到兩維。
權利要求
1.一種用于在數(shù)字放射圖像照片中補償圖像干擾的方法，該數(shù)字放射圖像照片通過包括射線源、散射束光柵以及諸如圖像放大器或固體圖像檢測器的數(shù)字X射線檢測器的X射線設備產(chǎn)生，該X射線設備通過散射束光柵的偏心、散焦或損壞或者通過亮度效應引起圖像干擾，并且造成在X射線檢測器上入射的主要射線減弱，其特征在于，通過所述散射束光柵測量主要射線的實際衰減，并且根據(jù)所采集的測量值確定校正參數(shù)，利用這些校正參數(shù)對放射圖像照片進行校正。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，為了測量所述衰減拍攝空圖像，在這些空圖像中在射線源和散射束光柵之間沒有對象。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，將所述放射圖像照片作為帶有列和行的數(shù)字圖像矩陣進行采集，并且優(yōu)選通過對列的相加來計算描述所述衰減的特征線。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，由對圖像矩陣的相加的列構成一維向量。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的方法，其特征在于，將所述特征線優(yōu)選地通過多次低通濾波來進行平滑。
6.根據(jù)權利要求3至5中任一項所述的方法，其特征在于，將所述構成為向量的特征線在0和1之間的值上標準化。
7.根據(jù)權利要求3至6中任一項所述的方法，其特征在于，通過確定所述特征線的最小值來確定所述衰減的中心。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，優(yōu)選通過線性回歸確定位于所述最小值左側和右側的特征線片段的直線方程。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述作為校正參數(shù)的特征線最小值和所述直線方程的斜率對所述放射圖像照片進行校正。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述校正參數(shù)對圖像亮度進行校正。
11.根據(jù)權利要求2至10中任一項所述的方法，其特征在于，在射線源和X射線檢測器的不同距離下拍攝多幅空圖像，以便確定射線源-X射線檢測器距離與偏心之間的關聯(lián)。
12.一種帶有射線源、散射束光柵和X射線檢測器的用于拍攝放射圖像照片的X射線設備，其特征在于，所述設備為了對圖像干擾進行補償而按照根據(jù)權利要求1至11中任一項所述的方法構成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對數(shù)字放射圖像照片中的圖像干擾進行補償?shù)姆椒ǎ摂?shù)字放射圖像照片通過包括射線源、散射束光柵以及圖像放大器或固體圖像檢測器的X射線設備產(chǎn)生，該X射線設備通過散射束光柵的偏心、散焦或損壞或者通過亮度效應引起圖像干擾，并且造成在X射線檢測器上入射的主要射線減弱，其中，通過所述散射束光柵測量主要射線的實際衰減，并且根據(jù)所采集的測量值確定校正參數(shù)，利用這些校正參數(shù)對放射圖像照片進行校正。
文檔編號G01N23/00GK1720860SQ200510075929
公開日2006年1月18日 申請日期2005年6月1日 優(yōu)先權日2004年6月3日
發(fā)明者馬庫斯·菲斯特 申請人:西門子公司